EP0133306B1

EP0133306B1 - Laufrad für eine Durchströmturbine

Info

Publication number: EP0133306B1
Application number: EP84108911A
Authority: EP
Inventors: Karl-Friedrich Dr. Ossberger; Peter Partzsch
Original assignee: Ossberger-Turbinenfabrik & Co GmbH
Current assignee: Ossberger-Turbinenfabrik & Co GmbH
Priority date: 1983-07-29
Filing date: 1984-07-27
Publication date: 1986-10-15
Also published as: DE3327456C2; ATE22966T1; DE3327456A1; DE3461001D1; EP0133306A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Laufrad für eine Durchströmturbine, das radial von außen nach innen und dann radial von innen nach außen durchströmt wird, mit einem Kranz von profilierten Schaufeln sowie mit zwei endseitigen Stirnscheiben und mindestens einer axial dazwischen liegenden Verbindungsscheibe, die in radialen Ebenen auf einer Welle angeordnet und radial außen mit entsprechend den Schaufelprofilen geformten Schlitzen zur Aufnahme der Schaufeln versehen sind.
Schaufelräder dieser Gattung sind z.B. in DE-A 632.928 und 833.180 gezeigt und werden von der Anmelderin seit vielen jahren in der Praxis hergestellt. Je nach axialer Länge des Schaufelrades müssen eine oder mehrere (z.B. mehr als 10) Verbindungsscheiben zur gleichmäßigen Übertragung der Teilkräfte auf die Gesamtbeschaufelung vorgesehen werden. Haben die kreisförmig ausgebildeten Verbindungsscheiben einen solchen Außenumfang, daß sie sich radial bis zu den Eintrittskanten der Schaufeln erstrecken, so entstehen sehr kleine Spalte zwischen den Verbindungsscheiben und den angrenzenden Gehäusewänden. Kleine Spalte sind jedoch im Hinblick auf Kavitationsprobleme unerwünscht.
Man ist daher in der Praxis.dazu übergegangen, den Außendurchmesser der kreisförmig ausgebildeten Verbindungsscheiben zu verringern, so daß die Schaufeln um einen bestimmten Betrag radial nach außen über den Außenumfang der Verbindungsscheiben vorstehen. Dies bringt jedoch sowohl im Hinblick auf das Festigkeitsverhalten wie auch auf die Strömungsverhältnisse Schwierigkeiten mit sich. So kann es unter ungünstigen Bedingungen zu einem Abreißen der überstehenden Schaufelspitzen kommen. Auch im Hinblick auf das Schwingungsverhalten des Laufrades sind die überstehenden Schaufelspitzen ungünstig. Ferner stellen die Schweißnähte, die durch Schweißverbindungen zwischen den Schaufeln und den Verbindungsscheiben entstehen, Strömungshindernisse dar. Dies gilt insbesondere für die Schweißnähte auf den Druckseiten der Schaufeln, da dort die im Inneren des Schaufelrades liegenden Schweißnähte von außen praktisch nicht mehr für eine Nachbearbeitung zugänglich sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Laufrad für eine Durchströmturbine der eingangs angegebenen Gattung so auszubilden, daß sowohl das statische wie auch dynamische Festigkeitsverhalten des Laufrads sowie die Strömungsverhältnisse in den Schaufelkanälen verbessert werden.
Diese Aufgabe wird bei einem Laufrad mit den eingangs angegebenen Merkmalen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zwischen den Schlitzen liegenden Zwischenabschnitte der Verbindungsscheibe an ihren Außenrändern im Bereich der Schaufelsaugseiten gegenüber ihren Außenrändern im Bereich der Schaufeldruckseiten radial nach innen versetzt ausgebildet sind.
Durch den radialen Versatz der Außenränder der Zwischenabschnitte wird erreicht, daß die Schaufeln auf ihren Druckseiten über ihrer gesamten Länge abgestützt werden, ohne daß jedoch die Verbindungsscheibe an ihrem Außenumfang einen durchgehenden engen Spalt mit den angrenzenden Gehäusewänden bildet. Es ergibt sich somit eine deutliche Verbesserung des statischen und dynamischen Festigkeitsverhaltens des Schaufelrads. Ein Abreißen der Schaufelspitzen ist praktisch ausgeschlossen, und auch die Schwingungsanfälligkeit des Schaufelrades ist erheblich gemindert. Da ferner aufgrund der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausbildung der Verbindungsscheibe die Schweißnähte zwischen den Schaufeln und der Verbindungsscheibe im Eintrittsbereich der Schaufeln von außen leicht zugänglich sind, können sie im Sinne einer Verringerung der Einströmverluste nachträglich bearbeitet werden. Es ergibt sich somit - insbesondere bei einer größeren Anzahl von Verbindungsscheiben - eine Verbesserung des Strömungswirkungsgrades.
Das dynamische Festigkeitsverhalten wie auch die Strömungsverhältnisse im Schaufelkanal lassen sich ferner dadurch verbessern, daß die Schaufeln bezüglich einer sie schneidenden Axialebene geringfügig (z.B. um ungefähr 2°) schräg gestellt werden. Hierdurch wird der Strömung im Schaufelkanal ein vorgegebener Drall überlagert, so daß sich in sämtlichen Schaufelkanälen das gleiche definierte Strömungsverhalten ergibt. Die Schwingungsanfälligkeit des Schaufelrades wird dadurch verringert, und auch die Strömungsverluste dürften sich hierdurch herabsetzen lassen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigt:

Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines Laufrades für eine Durchströmturbine;
Figur 2 eine Seitenansicht des Laufrades nach
Figur 1, wobei die obere Hälfte des Laufrades geschnitten dargestellt ist;
Figur 3 eine Seitenansicht einer Verbindungsscheibe des Laufrades nach den Figuren 1 und 2.

Wie in Fig. 1 zu sehen, besitzt das walzenförmig ausgebildete Laufrad einer (im übrigen nicht dargestellten) Durchströmturbine einen Kranz von Schaufeln 2, die über endseitig angeordnete Stirnscheiben 4 und 6 sowie axial dazwischen liegende Verbindungsscheiben 8 mit einer durchgehenden Welle 10 verbunden sind.
Die Stirnscheiben 4, 6 und die Verbindungsscheiben 8 liegen in radialen 8. Laufrad nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägstellung so gewählt ist, daß die Vorderund Hinterkanten (34, 36) jeder Schaufel (2) mit einer sie schneidenden Axialebene (A) einen Winkel von ungefähr 1° bis 4°, vorzugsweise 2° einschließen.
9. Laufrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (2) die Form einfacher Kreisbogenprofile haben.

Claims

1. Impeller for a cross-flow turbine having a flow pattern such that fluid flows therethrough radially from the outside to the inside and then radially from the inside to the outside, comprising a ring of profiled vanes and a pair of end discs at the ends and at least one axially interposed connecting disc arranged in radial planes on a shaft and provided radially outside with slots formed matingly to the vane profiles for receiving the vanes, characterized in that the intermediate portions (22) of the connecting disc (8) situated between the slots (20) are radially inwardly offset at their outer edges (30) in the region of the suction sides (26) of the vanes relative to their outer edges (28) in the region of the pressure sides (24) of the vanes.

2. Impeller according to claim 1. characterized in that the radial offset is approximately 1/3 to 1/5 of the vane length, preferably 1/4 of the vane length.

3. Impeller according to claim 1 or 2, characterized in that the intermediate portions (22) extend radially outwardly up to the front edges (34) of the vanes (2) in the region of the pressure sides (24) of the vanes.

4. Impeller according to any of the preceding claims, characterized in that the end discs (4, 6) and the connecting disc (8) are connected to the vanes (2) by welding.

5. Impeller according to any of the preceding claims, characterized in that the end discs (4, 6) are connected to the shaft (10) via hubs (12, 14) shrinked onto the shaft (10).

6. Impeller according to any of the preceding claims, characterized in that the connecting disc (8) is loosely mounted on the shaft (10).

7. Impeller according to any ofthe preceding claims, characterized in that the slots (20) of the end discs (4, 6) and of the connecting disc (8) are disposed such that the vanes (2) are slightly inclined in a longitudinal direction.

8. Impeller according to claim 7, characterized in that the inclination is selected such that the front and rear edges (34, 36) of each vane (2) include an angle of about 1° to 4°, preferably 2°, with an axial plane (A) intersecting it.

9. Impeller according to any of the preceding claims, characterized in that the vanes (2) are of simple circular arc profile shape.